MATLAB 7.0從入門到精通

第1章　MATLAB概述　1
1.1　MATLAB 7.0簡介　2
1.2　MATLAB 7.0的安裝、退出與卸載　3
1.3　MATLAB 7.0的目錄結構　8
1.4　MATLAB 7.0的工作環(huán)境　9
1.5　MATLAB 7.0的通用命令　16
1.6　使用MATLAB 7.0幫助系統(tǒng)　19
1.7　初識MATLAB　22
第2章　MATLAB基礎知識　24
2.1　數(shù)據(jù)類型　24
2.1.1　數(shù)值類型　24
2.1.2　邏輯類型　26
2.1.3　字符和字符串　26
2.1.4　函數(shù)句柄　26
2.1.5　結構體類型　27
2.1.6　單元數(shù)組類型　30
2.2　基本矩陣操作　32
2.2.1　矩陣的構造　33
2.2.2　矩陣大小的改變　35
2.2.3　矩陣下標引用　37
2.2.4　矩陣信息的獲取　39
2.2.5　矩陣結構的改變　41
2.2.6　稀疏矩陣　42
2.3　運算符和特殊符號　46
2.3.1　算數(shù)運算符　46
2.3.2　關系運算符　48
2.3.3　邏輯運算符　49
2.3.4　運算優(yōu)先級　50
2.4　字符串處理函數(shù)　51
2.4.1　字符串的構造　51
2.4.2　字符串比較函數(shù)　53
2.4.3　字符串查找和替換函數(shù)　54
2.4.4　字符串--數(shù)值轉換　55
第3章　數(shù)學運算　57
3.1　矩陣運算　57
3.1.1　矩陣分析　57
3.1.2　線性方程組　63
3.1.3　矩陣分解　67
3.1.4　矩陣的特征值和特征向量　74
3.1.5　非線性矩陣運算　75
3.2　矩陣元素的數(shù)學函數(shù)　79
3.2.1　三角函數(shù)　79
3.2.2　指數(shù)和對數(shù)函數(shù)　81
3.2.3　復數(shù)函數(shù)　81
3.2.4　截斷和求余函數(shù)　83
3.3　特殊數(shù)學函數(shù)　84
3.3.1　特殊函數(shù)　84
3.3.2　數(shù)論函數(shù)　90
3.3.3　坐標變換函數(shù)　91
第4章　MATLAB 7.0基本編程　92
4.1　腳本和函數(shù)　92
4.1.1　函數(shù)　92
4.1.2　腳本　93
4.1.3　子函數(shù)與私有目錄　95
4.1.4　P碼文件　95
4.2　MATLAB中的變量和語句　96
4.2.1　變量類型　96
4.2.2　M文件的流控制語句　97
4.3　程序的調試(Debug)　104
4.3.1　直接調試法　104
4.3.2　工具調試法　105
4.4　函數(shù)的設計和實現(xiàn)　115
4.4.1　建立數(shù)學模型　115
4.4.2　編寫代碼　116
4.4.3　運行程序　122
第5章　數(shù)據(jù)可視化　128
5.1　二維繪圖　128
5.1.1　plot命令　128
5.1.2　fplot命令　131
5.1.3　ezplot命令　133
5.2　三維繪圖　134
5.2.1　plot3命令　134
5.2.2　mesh命令　135
5.2.3　surf命令　136
5.2.4　基本三維繪圖命令的改進命令　137
5.3　特殊圖形　139
5.3.1　二維特殊圖形函數(shù)　139
5.3.2　特殊的三維圖形函數(shù)　145
5.3.3　特殊坐標軸的圖形函數(shù)　147
5.3.4　四維表現(xiàn)圖　152
5.4　圖形處理　153
5.4.1　圖形標注　153
5.4.2　坐標軸的控制　158
5.4.3　圖形數(shù)據(jù)取點　161
5.4.4　子圖和圖形保持　162
5.4.5　色彩控制　164
5.4.6　視角與光照　168
5.4.7　圖形的打印和輸出　175
5.5　圖形窗口　175
5.5.1　圖形窗口的創(chuàng)建與控制　175
5.5.2　圖形窗口的菜單操作　176
5.5.3　圖形窗口的工具欄　184
第6章　數(shù)據(jù)分析　186
6.1　多項式函數(shù)　186
6.1.1　多項式表示法　186
6.1.2　多項式求值　190
6.1.3　多項式乘法和多項式除法　191
6.1.4　多項式的導數(shù)和微分　192
6.1.5　多項式的根和由根創(chuàng)建多項式　194
6.1.6　多項式部分分式展開　195
6.1.7　多項式曲線擬合　196
6.1.8　曲線擬合圖形用戶接口　197
6.2　插值　199
6.2.1　一維插值　199
6.2.2　二維插值　203
6.3　數(shù)據(jù)分析和傅立葉變換　206
6.3.1　基本數(shù)據(jù)分析函數(shù)　206
6.3.2　協(xié)方差和相關系數(shù)矩陣　211
6.3.3　有限差分和梯度　213
6.3.4　信號濾波和卷積　214
6.3.5　傅立葉變換　218
6.4　功能函數(shù)　223
6.4.1　函數(shù)的表示　223
6.4.2　函數(shù)畫圖　224
6.4.3　函數(shù)最小值和零點　225
6.4.4　數(shù)值積分　230
6.4.5　在功能函數(shù)中使用含參函數(shù)　233
6.5　微分方程組數(shù)值解　235
6.5.1　常微分方程組的初值問題　235
6.5.2　延遲微分方程組數(shù)值解　242
6.5.3　常微分方程組的邊界問題　244
第7章　Simulink仿真環(huán)境　248
7.1　Simulink概述　248
7.1.1　Simulink的概念　250
7.1.2　Simulink的工作環(huán)境　250
7.1.3　Simulink的工作原理　255
7.1.4　Simulink模型的特點　256
7.1.5　Simulink里的數(shù)據(jù)類型　257
7.1.6　Simulink里的模塊和模塊庫　262
7.2　模型的創(chuàng)建　267
7.2.1　Simulink模塊的基本操作　267
7.2.2　創(chuàng)建模型的基本步驟　271
7.2.3　模型文件格式　272
7.3　子系統(tǒng)及其封裝　273
7.3.1　創(chuàng)建子系統(tǒng)　273
7.3.2　封裝子系統(tǒng)　275
7.3.3　定義自己的模塊庫　278
7.4　過零檢測　279
7.5　代數(shù)環(huán)　280
7.6　回調函數(shù)　282
7.7　運行仿真　284
7.7.1　使用窗口運行仿真　284
7.7.2　仿真參數(shù)的設置　285
7.7.3　使用MATLAB命令運行仿真　289
7.7.4　改善仿真性能及精度　290
7.8　仿真結果分析　291
7.8.1　觀看輸出結果　291
7.8.2　線性化　292
7.8.3　平衡點的分析　293
7.9　模型的調試　294
7.9.1　Simulink調試器　294
7.9.2　命令行調試　296
7.9.3　設置斷點　296
7.9.4　顯示仿真的有關信息　297
7.9.5　顯示模型的信息　299
7.10　S-函數(shù)　299
7.10.1　什么是S-函數(shù)　300
7.10.2　為何要用S-函數(shù)　300
7.10.3　S-函數(shù)如何工作　300
7.10.4　怎樣書寫S-函數(shù)　302
7.10.5　S-函數(shù)應用示例　304
7.11　綜合實例--PLL中的非線性電荷泵和濾波器　307
第8章　MATLAB 7.0符號計算功能　313
8.1　符號運算入門　313
8.1.1　求解一元二次方程 的根　313
8.1.2　求導數(shù) 　314
8.1.3　計算定積分 　314
8.1.4　求解一階微分方程 　315
8.2　符號對象的創(chuàng)建和使用　315
8.2.1　創(chuàng)建符號對象和表達式　315
8.2.2　符號對象的基本運算　318
8.3　任意精度數(shù)學計算　319
8.4　符號表達式的化簡和替換　321
8.4.1　符號表達式的化簡　321
8.4.2　符號表達式的替換　325
8.5　符號矩陣的計算　328
8.5.1　基本代數(shù)運算　328
8.5.2　線性代數(shù)運算　328
8.5.3　特征值分解　330
8.5.4　約當標準型　331
8.5.5　奇異值分解　331
8.6　符號微積分　332
8.6.1　符號表達式的微分運算　333
8.6.2　符號表達式的極限　334
8.6.3　符號表達式的積分　335
8.6.4　級數(shù)的求和　336
8.6.5　泰勒級數(shù)　336
8.7　符號積分變換　337
8.7.1　Fourier變換　338
8.7.2　Laplace變換　338
8.7.3　Z變換　339
8.8　符號方程求解　341
8.8.1　代數(shù)方程的求解　341
8.8.2　微分方程的求解　342
8.9　可視化數(shù)學分析界面　343
8.9.1　圖示化符號函數(shù)計算器　343
8.9.2　泰勒級數(shù)逼近分析器　345
8.10　Maple接口　345
8.10.1　利用sym函數(shù)調用Maple函數(shù)　345
8.10.2　利用maple函數(shù)調用Maple函數(shù)　346
第9章　文件I/O　347
9.1　打開和關閉文件　347
9.1.1　打開文件　347
9.1.2　關閉文件　348
9.2　讀取二進制文件　349
9.3　寫入二進制文件　351
9.4　讀取文本文件　351
9.5　寫入文本文件　354
9.6　文件內的位置控制　355
第10章　信號處理工具箱　358
10.1　數(shù)字信號處理基本理論　358
10.1.1　離散信號與系統(tǒng)　358
10.1.2　Z變換　360
10.1.3　離散傅立葉變換　361
10.1.4　數(shù)字濾波器結構　363
10.2　MATLAB 7.0的信號處理工具箱函數(shù)　368
10.2.1　波形產(chǎn)生(Waveform Generation)　368
10.2.2　濾波器分析(Filter Analysis)　368
10.2.3　濾波器實現(xiàn)(Filter Implementation)　369
10.2.4　線性系統(tǒng)變換(Linear System Transformations)　369
10.2.5　FIR濾波器設計(FIR Digital Filter Design)　370
10.2.6　IIR濾波器設計(IIR Digital Filter Design)　370
10.2.7　IIR濾波器階的選擇(IIR Filter Order Estimation)　370
10.2.8　變換(Transforms)　371
10.2.9　統(tǒng)計信號處理和譜分析(Statistical Signal Processing and Spectral Analysis)　371
10.2.10　窗函數(shù)(Windows)　372
10.2.11　參數(shù)化建模(Parametric Modeling)　372
10.2.12　特殊操作(Specialized Operations)　373
10.2.13　模擬低通濾波器原型(Analog Lowpass Filter Prototypes)　373
10.2.14　模擬濾波器設計(Analog Filter Design)　373
10.2.15　模擬濾波器轉換(Analog Filter Transformation)　374
10.2.16　濾波器離散化(Filter Discretization)　374
10.2.17　對數(shù)倒譜分析(Cepstral Analysis)　374
10.2.18　線性預測(Linear Prediction)　374
10.2.19　多速信號處理(Multirate Signal Processing)　375
10.2.20　圖形用戶接口(Graphical User Interfaces)　375
10.3　基于MATLAB的信號處理系統(tǒng)分析與設計　375
10.3.1　離散信號與系統(tǒng)的MATLAB實現(xiàn)　375
10.3.2　離散傅立葉變換的MATLAB實現(xiàn)　378
10.3.3　Z變換的MATLAB實現(xiàn)　380
10.3.4　FIR濾波器的MATLAB實現(xiàn)　383
10.3.5　IIR濾波器的MATLAB實現(xiàn)　386
第11章　圖像處理工具箱　391
11.1　圖像處理工具箱介紹　391
11.1.1　常用圖像格式　391
11.1.2　MATLAB 7.0圖像類型　393
11.1.3　MATLAB 7.0圖像類型轉換　396
11.2　圖像的顯示　398
11.2.1　標準圖像顯示技術　398
11.2.2　特殊圖像顯示技術　400
11.3　圖像的幾何運算　403
11.3.1　圖像插值　403
11.3.2　圖像大小調整　404
11.3.3　圖像旋轉　405
11.3.4　圖像剪裁　406
11.4　圖像的變換技術　407
11.4.1　數(shù)字圖像的二維傅立葉變換　408
11.4.2　數(shù)字圖像的離散余弦變換　412
11.4.3　其他變換技術　417
11.5　圖像分析　418
11.5.1　像素值及其統(tǒng)計　419
11.5.2　圖像分析　422
11.5.3　圖像調整　425
11.5.4　圖像平滑　428
11.6　特殊區(qū)域處理　431
11.6.1　區(qū)域的指定　431
11.6.2　特定區(qū)域濾波　432
11.6.3　特定區(qū)域填充　433
第12章　高級圖形設計　435
12.1　句柄圖形　435
12.1.1　圖形對象、圖像句柄和句柄圖形樹結構　435
12.1.2　圖形對象種類　436
12.1.3　圖形對象屬性概念　438
12.2　圖形對象的操作　439
12.2.1　創(chuàng)建圖形對象　439
12.2.2　圖形對象屬性設置　441
12.2.3　屬性值查詢　442
12.2.4　設置用戶屬性默認值　444
12.3　句柄使用方法　448
12.3.1　訪問對象句柄　448
12.3.2　使用句柄操作圖形對象　450
12.3.3　控制圖形輸出　452
12.3.4　在M文件中保存句柄　456
12.4　GUI設計向導　458
12.4.1　圖形用戶界面概述　458
12.4.2　啟動GUIDE　459
12.4.3　GUIDE提供的用戶控件　460
12.4.4　界面設計工具集　461
12.4.5　GUI組態(tài)　467
12.4.6　GUI界面設計　470
12.5　編程設計GUI　472
12.5.1　M文件以及GUI數(shù)據(jù)管理　472
12.5.2　回調函數(shù)的使用方法　474
12.5.3　圖形窗口的行為控制　476
12.6　圖形用戶界面設計實例　477
12.6.1　圖形界面的實現(xiàn)　477
12.6.2　行為控制的實現(xiàn)　478
第13章　MATLAB 7.0與Word、Excel的混合使用　487
13.1　Notebook的安裝和使用環(huán)境　487
13.2　一個Notebook實例　488
13.3　Notebook使用的幾個問題　490
13.4　Excel link的安裝和使用環(huán)境　491
13.4.1　Excel link的安裝　491
13.4.2　設置Excel link的啟動方式　493
13.4.3　終止Excel link的運行　494
13.5　一個Excel link實例　495
13.5.1　數(shù)據(jù)表執(zhí)行方式　495
13.5.2　宏命令執(zhí)行模式(Macro Version)　496
13.6　Excel link使用的幾個問題　498
13.6.1　關于語法　499
13.6.2　關于工作表　499
第14章　編譯工具箱　500
14.1　編譯器概述　500
14.2　編譯器的安裝和配置　500
14.2.1　配置MATLAB 7.0編譯器的前提準備　500
14.2.2　對編譯器進行配置　501
14.3　MATLAB 7.0編譯器的使用　503
14.3.1　編譯過程　503
14.3.2　MCR的安裝　503
14.3.3　編譯指令mcc　504
14.3.4　創(chuàng)建獨立的應用程序　505
第15章　應用程序接口　511
15.1　創(chuàng)建C語言MEX文件　511
15.1.1　MEX文件簡介　511
15.1.2　編寫C MEX文件　512
15.2　創(chuàng)建Fortran語言MEX文件　514
15.2.1　Fortran語言MEX文件簡介　514
15.2.2　Fortran MEX文件示例　515
15.3　MAT文件應用　516
15.4　MATLAB引擎技術的應用　519
15.5　MATLAB的Java接口　522
15.5.1　Java接口應用　522
15.5.2　應用示例　524
15.6　MATLAB中的DDE技術　525
15.6.1　關于DDE的一般性說明　525
15.6.2　DDE中的MATLAB服務器　526
15.6.3　DDE中的MATLAB客戶　526
15.7　MATLAB中的ActiveX技術　529
15.7.1　關于ActiveX的一般性說明　529
15.7.2　MATLAB的ActiveX自動化　529
附錄　532
A.1　常用命令和函數(shù)　532
A.2　SIMULINK的庫模塊　543
A.2.1　庫模塊　543
A.2.2　連續(xù)模塊子庫Continuous　543
A.2.3　離散模塊子庫Discrete　544
A.2.4　解析函數(shù)和查表函數(shù)模塊子庫Functions&Tables　544
A.2.5　一般數(shù)學函數(shù)子庫Math　544
A.2.6　非線性模塊子庫Nonlinear　544
A.2.7　信號和系統(tǒng)模塊子庫Signal&Systems　545
A.2.8　信宿模塊子庫Sinks　545
A.2.9　信源模塊子庫Sources　545
A.3　應用程序接口函數(shù)庫　546
A.3.1　外部程序接口函數(shù)庫　546
A.3.2　MAT文件庫函數(shù)　546
A.3.3　MATLAB引擎函數(shù)庫　547
A.3.4　ActiveX對象的構造和操作命令　547
A.3.5　動態(tài)數(shù)據(jù)交換函數(shù)　547